智能裝備的組成及關鍵技術解析

智能制造是以智能技術為代表的技術為指導的先進制造，包括智能化、網絡化、數字化和自動化為特征的先進制造技術的應用，涉及制造過程中的設計、工藝、裝備（結構設計和優(yōu)化、控制、軟件、集成）和管理。

智能制造核心是制造，本質是先進制造，基礎是數字化，趨勢是（人工）智能，靈魂和難點是工藝，載體（外在表現(xiàn)形式）是智能裝備，精神表現(xiàn)形式（內在表現(xiàn)形式）是軟件。

智能裝備的組成

一個智能裝備大概由感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。

智能感知系統(tǒng)

感知是智能的輸入和起點，也是智能發(fā)揮作用的基礎。感知系統(tǒng)模擬智能體的視覺、聽覺、觸覺等等。注意智能裝備不是完全仿真人類的智能，而是參考人類的智能去解決實際問題，因此會有所拓展，會發(fā)展各種超越人類感知能力的傳感器，比如超聲、紅外……目前感知系統(tǒng)是智能裝備高速發(fā)展的一個方向，更新更高精度的傳感器是研究學者和業(yè)界不懈的追求目標。智能裝備常用的傳感器有：視覺傳感器（如攝像頭）、距離傳感器（如激光測距儀）、射頻識別RFID傳感器、聲音傳感器、觸覺傳感器等等。

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機械執(zhí)行系統(tǒng)

裝備的執(zhí)行系統(tǒng)，也就是機械執(zhí)行機構，是機械工具的進一步延伸?，F(xiàn)階段的裝備機械執(zhí)行系統(tǒng)，是包括產生特定運動的機構和驅動機構運動的電機、發(fā)動機、氣動馬達等驅動設備。

通過裝備執(zhí)行系統(tǒng)，可以進行高于人類的高精度、高穩(wěn)定性的操作。

目前執(zhí)行系統(tǒng)最需要突破的是各類能實現(xiàn)復雜功能的末端執(zhí)行器，由于需要和大量的感知傳感器配合交互，且期望尺寸較小，末端執(zhí)行器的研制是集成商最關注的方向。

運動控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是智能發(fā)揮作用的橋梁?？刂葡到y(tǒng)可以使執(zhí)行系統(tǒng)按照給定的指令進行復雜的操作。使人類從繁瑣的人機交互中脫離從來，極大的提高了效率和降低了出錯的可能性。

控制系統(tǒng)為智能提供了基礎，通過感知系統(tǒng)進行反饋控制為裝備提供了初級的“智能”。

工業(yè)上用的精密控制，除了各種感知技術外，主要依靠計算機的計算、存儲能力，在已知的抽象和邏輯（算法）下，為執(zhí)行機構提供“智能”的指令。

智能決策系統(tǒng)

決策系統(tǒng)使真正的智能。決策系統(tǒng)根據各種感知系統(tǒng)收集的信息，進行復雜的決策計算，優(yōu)化出合理的指令，指揮控制系統(tǒng)來驅動執(zhí)行系統(tǒng)，從而最終實現(xiàn)復雜的智能行為。智能決策系統(tǒng)是目前智能裝備發(fā)展的瓶頸，目前工業(yè)領域事實上還沒有好的通用解決方案。

智能裝備的關鍵技術

智能裝備的關鍵技術非常多，涉及應用工藝、執(zhí)行、傳感、控制、集成各方面，每一方面都有廣闊的研究空間，每一領域都有涉及軟硬件的關鍵技術。

以本課題組涉及的關鍵技術為例，如下圖所示，需要工藝研究、機械設計、控制系統(tǒng)、控制軟件、視覺檢測、測量、軟件開發(fā)等各專業(yè)的知識。

智能裝備對復合型人才的需求

智能裝備的研發(fā)，迫切需要懂工藝、機械、控制、軟件的復合型人才。然而據《人民日報》在廣州和深圳、青島和濰坊、長沙和株洲等三省六市詳細調查100家企業(yè)，真切地感受到了制造業(yè)企業(yè)面臨人才的“三難”問題，我國的技術人才需求缺口正越來越大。

其中有一條就是：復合型人才匱乏。“懂工藝的不懂軟件，懂軟件的又不懂工藝。”

目前高校的專業(yè)劃分條塊分割比較明顯，比如軟件往往劃歸計算機學院，機械和工藝屬于機電學院，控制屬于電子信息工程學院。而退一步，即使機電學院，往往機械和工藝屬于機械制造及自動化專業(yè)，控制屬于機電工程專業(yè)。這種傳統(tǒng)專業(yè)劃分的現(xiàn)狀為智能裝備研發(fā)人才的培養(yǎng)帶來極大的困難。而缺乏復合型專業(yè)老師，即使一窩蜂上了所謂智能制造專業(yè)，也不過是新瓶裝舊酒。